基于ANSYS的水轮机转轮流固耦合分析

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第30卷第9期2013年9月机 电 工 程Journal of Mechanical＆ Electrical EngineeringVo1．3O No．9Sep．2013DOI：10．3969／j．issn．1001-4551．2013．09．014基于 ANSYS的水轮机转轮流固耦合分析李海亮，严锦丽 ，王旭峰(浙江富春江水电设备股份有限公司，浙江 杭州 310013)摘要：为了得到水体作用下的混流式水轮机转轮的应力分布规律和变形特征 ，应用 ANSYS有限元分析软件，采用流固耦合分析方法对某混流式水轮机转轮进行了分析。通过建立全流道分析模型，得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中，对转轮不同工况下的刚、强度进行了计算，得到了转轮精确的结构应力和变形。计算结果表明，该转轮在水体作用下最大应力值小于材料许用应力，能够满足强度设计要求；变形量小于设计预留间隙值，保证了转轮在运行时不会与止漏环内表面刮擦，从而引起止漏环脱落；转轮部件的应力数据对准确评估转轮使用寿命具有一定的实际意义。

关键词：混流式水轮机；转轮；流固耦合；有限元 ；ANSYS中图分类号 ：TH114；TK703．6 文献标志码：A 文章编号：1001—4551(2013)09—1093—04Fluid structure coupling analysis of turbine runner based on ANSYSLI Hai—liang，YAN Jin-li，WANG Xu—feng(Zhejiang Fuchunjiang Hydro-power Equipment Co．，Ltd．，Hangzhou 310013，China)Akstraet：In order to gain the stress and strain distribution of the francis—turbine rumler in water，the fluid·solid coupling method was used tocalculate characteristic of francis—turbine／alnner by ANSYS software．Through the establishment of ful flow channel model，the precise hydrau—lic pressure distribution of blades Was obtained．The results of flow field were applied in the structure field，the stifness and strength of runnerunder diferent conditions were calculated，the runner s precise structure stress and deformation were obtained．Th e computational results showthat the maximum stress of runner is less than the allowable stress of the material in water，it meets the strength requirement of design．The de—formation is also less than the reserved clearance，it ensures that the runner does not scratch the inside surface of the labyrinth at running，which can make it fall of．Th e stress data of runner has certain practical signifcance for the accurate assessment of runner service life.

Key words：francis turbine；runner；fluid structure coupling analysis；finite element；ANSYSO 引 言当今，水轮机组朝着大容量、巨型化的方向发展，使得机组各部分部件更容易发生刚、强度弱化的现象。

虽然现在加工工艺不断提高，各种新型材料得到深入开发并得到广泛应用，然而这些依然无法阻止机组转轮叶片裂纹的生成。如凤滩二号机上世纪 70年代末投产，2006年经扩容改造，改造机与 2007年 6月并网发电，当年9月首检时即发现有 3块叶片出水边出现裂纹?； 生桥一级 2000年投人运行，2002年初小修时发现转轮有裂纹 ；万家寨 j、老江底_4j、黄丹 等机组均有转轮出现裂纹的现象。如何解决或减少类似现象的发生呢?目前对裂纹的处理多停留在事后的补救上 J，虽然能够延长叶片裂纹再次发生的周期，但是问题并没 得到解决" 。通过对转轮进行更加精准地计算，得到更逼近于真实状态的应力和变形，从而为设计提供更可靠的科学数据，让问题在设计阶段就得到妥善的处理，．才是解决问题的最好方法和有效途径。

收稿日期：2013—04—22作者简介：李海亮(1982一)，男，江苏徐州人，主要从事水轮发电机组结构分析方面的研究．E—mail：lianghlq###126．corn通信联系人：严锦丽，女，高级工程师．E．mail：yan_jinli###zhefu．cn